Введение к работе
Актуальность проблемы. Крупяные продукты из рнса, проса, ячменя и ряда других злаковых растений составляют значительную часть традиционного пищевого рациона населения России. В связи с этим особое значение приобретает эффективное использование потенциальных технологических свойств зерна при производстве крупы.
Важными критериями эффективности технологического процесса производства крупы являются величины выходов крупы - целой и дробленой, а также степень шлифования крупы. Как известно, на технологические свойства зерна, а, следовательно, и на выход крупы влияет множество взаимосвязанных факторов: сорт и тип зерна, способ уборки урожая, способ послеуборочной обработки зерна, условия и продолжительность его хранения. Эти и многие другие факторы затем интегрируются, определяя общепринятые показатели технологического качества крупяного сырья, хотя важнейшими из них при оценке зерна являются величины влажности, стекловидности и трещиноватости зерна, а также крупность и выравненность зерна, содержание в зерновой массе пожелтевших и красных зерен.
Многообразие показателей, факторов и критериев, определяющих качество зерна и, в конечном счете, оказывающих решающее влияние на выход и качество крупы настоятельно требует разработки оперативных методов и технических средств для прогнозирования технологических свойств крупяного сырья на основе учета и анализа наибольшего числа определяющих параметров, при формировании помольных партий уже в период приемки, послеуборочной обработки и затем в процессе хранения
зерна.
Проблема прогнозирования качества крупы на основе анализ; комплекса свойств исходного зерна неоднократно привлекал: внимание исследователей и практических работников.
В решении этой обширной проблемы значительный вклад внесш исследования, выполненные в нашей стране Е.П. Козьминой, М.Е. Гинзбургом, Е.М. Мельниковым, Л.И. Мачихиной Г.А. Егоровым, Е.Д. Казаковым, А.П. Нечаевым, а также многим* другими. Известны зарубежные исследования в этой области - і частности, в Италии, США и Японии.
Несмотря на известные достижения в теоретической і практической разработке проблемы, степень изученной! взаимосвязей технологических характеристик зерна и егс анатомических физико-химических и биологических параметров вс< еще недостаточно для широкого промышленного применения Поэтому в современной крупяной промышленности как России, так і зарубежных стран, значительная часть зерна в процессе переработю превращается в продукты пониженной потребительской ценности.
В то же время современный уровень развития компьютерное техники допускает принципиальную возможность моделированиі технологического процесса производства крупы, с учетом множеств: параметров качества зерна. В связи с этим появляется реальна* возможность создания принципиально нового способ: компьютерного моделирования технологического процесс: производства крупы и выбора его наиболее оптимальны! параметров, всесторонне учитывающих качество перерабатываемой: зерна.
Подтверждением научной и прикладной значимости проблемы
5
расширенного применения компьютерной техники в
совершенствовании технологии крупяного производства, а также актуальности се решения уже в настоящее время является включение се в виде ряда отдельных тем в координационные планы НИОКР Федеральной контрактной корпорации "Росхлебопродукт", а также в госбюджетную научно-техническую программу развития Северо-Кавказского региона (N N госрегистрации 01.95.000.23.75, 01.90.00.57.W7, 01.90.00.57.368).
Цель и задачи исследования.
Целью исследования являлась разработка теоретических основ и технической реализации способов интенсификации крупяного производства средствами моделирования технологических свойств крупяного сырья и создание на этой основе промышленных методов научного прогнозирования выхода крупы, ее потребительских и кулинарных свойств, методов поиска и выбора оптимальных технологических решений и создания оборудования, максимально использующих особенности конкретных партий зерна.
Поставленная цель исследования достигается решением следующих задач:
системное изучение технологических свойств важнейших крупяных культур на основании анализа особенностей анатомического строения и химического состава зерна;
критический анализ современных технологий и оборудования, применяемых для получения рисовой крупы на крупозаводах России и в ведущих по производству крупы странах за рубежом;
-научное обоснование и разработка измерительно-аналитического комплекса и программных продуктов для. проведения
исследований и математического описания геометрических параметров формы единичной зерновки в составе зерновой массы;
- формирование базы данных для принятия оптимальных
технологических решений на крупозаводах с использование
компьютерной техники;
- математическое моделирование процессов шепушени
шлифования и полирования крупяных культур и разработка і:
основе моделирования программных продуктов для расчета режиме
работы оборудования, включая моделирование трещинообразоваш
и дробления зерен в процессе переработки в крупу;
разработка усовершенствованной технологии и оборудован! крупяного производства, осуществление их производственнс проверки и внедрения на действующих крупяных завод; Российской Федерации;
оценка соответствия уровня потребительских и кулинарнь свойств крупы, выработанной по предлагаемой технолога требованиям Российских и международных стандартов.
Научная новизна. Разработаны теоретические и практичесю аспекты комплексной оценки качества зерна крупяных культу включая параметры геометрической формы и микроструктуры зерн его прочностных свойств, и химического состава с целью выявлени потенциальных технологических свойств, при последующі переработке в крупу и управления технологическими потребительскими свойствами крупяных продуктов получаемых : зерна различных типов и качества.
Впервые:
- созданы программные продукты для принят)
оптимальных технологических решений при организации произ-
7 водственных процессов на крупозаводах; разработана методология оценки технологияеского качества зерна и технологической эффективности его переработки с использованием компьютерных систем; дано научное обоснование показателю степени шлифования как критерию качества крупы; проведено моделирование процесса трещинообразования и дробления зерна при шлифовании, разработана математическая модель процесса и проведена ее оценка; разработаны теоретические основы и практические аспекты расчета параметров шлифования по этапам технологического процесса на крупозаводах.
На основании выявленных многофакгориых зависимостей изменения потребительских и кулинарных свойств крупы в процессе ее переработки создана усовершенствованная технология получения экологически чистой крупы.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Разработан ориентированный на реализацию в промышленности компьютерной способ прогнозирования технологического качества зерна крупяных культур, включающий приборы и методы определения объема, площади поверхности и внешнего контура зерновки злаковых растений, а также идентификации компонентного состава зерновой массы и оценки ее технологического качества, методы определения степени шлифования крупы, тензометрический комплекс и программные продукты для оценки и анализа прочностных характеристик зерна.
Разработан метод и программные продукты для расчета режимов шлифования по этапам технологического процесса крупозавода, расчета выхода мучки, целого и дробленого ядра по системам шли-
8 фования и по процессу в целом, на основании и с учетом которых создан промышленный образец рисошлифовальной машины.
Разработана технология получения экологически чистых крупяных продуктов, обеспечивающая максимально возможный для конкретного типа зерна выход крупы при минимизации материальных и энергетических затрат.
По основным разработкам составлена и утверждена типовая
нормативно-техническая документация, предлагаемые
промышленности способы и методы апробированы в опытно-промышленных условиях на действующих предприятиях Российской Федерации. Оригинальность и новизна технических решений диссертационной работы подтверждена пятью авторскими свидетельствами и патентами СССР и Российской Федерации.
Теоретические положения работы включены в основные учебные курсы "Технология мукомольно-крупяного производства", "Технохимический контроль зерноперерабатывающих предприятий", читаемых автором для студентов специальности 2701. Методы оценки химического и технологического качества зерна и крупы, разработанные в ходе исследования включены в лабораторный практикум по дисциплинам специализации и используются в учебном процессе.
Апробация работы. Результаты работы были доложены, обсуждены и получили одобрение на Международном симпозиуме "Экспрессное определение качества зерна и зернопродуктов" (Москва, 1990 г.), на Международной научной конференции "Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности" (Краснодар 1994 г.), на Международной научной конференции "Научные исследования и факторы эффективности технологических
процессов в зерноперерабатывающей промышленности" (Пловдив, 1988 г.), на научных конференциях Кубанского государственного технологического университета (Краснодарского политехнического института) (Краснодар, 1986-1995 гг.), на Координационных Советах и технических совещаниях ФКК "Росхлсбопродукт" (Москва 1990-1994 г.г.), на Всесоюзной научной конференции "Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшение ассортимента крупы, муки и хлеба" (Москва, 1989 г.), на юбилейной научной конференции в МГАПП "Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы и комбикормов" (Москва, 1995 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 45 печатных работы, в том числе монография " Переработка риса в крупу", и получено 5 авторских свидетельств и патентов СССР и Российской Федерации.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа в двух томах изложена на 380 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков, 27 таблиц н состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, включающей методы исследований, выводов и рекомендаций, списка использованных литературных источников.